DE60119323T2

DE60119323T2 - Gegenstand mit fälschungssicherer beugungsstruktur

Info

Publication number: DE60119323T2
Application number: DE60119323T
Authority: DE
Inventors: John Drinkwater
Original assignee: Optaglio Ltd
Current assignee: Optaglio Ltd
Priority date: 2000-07-03
Filing date: 2001-07-02
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2021-07-03
Also published as: WO2002003323A1; ATE325398T1; US20030155495A1; CZ200355A3; GB0016359D0; US6876473B2; EP1297491A1; AU2001267722A1; EP1297491B1; DE60119323D1

Description

Diese Erfindung ist auf dem Gebiet von insbesondere Fälschungsschutzsicherheitsvorrichtungen, die basierend auf dem Prinzip der optischen Diffraktion funktionieren und betrifft eine verbesserte Form von optischer Sicherheitsvorrichtung für die Verwendung beim Schutz von Dokumenten und Wertgegenständen vor Fälschung, um deren Echtheit zu überprüfen.
Mehrere Typen optisch variabler diffraktiver Vorrichtungen werden derzeit verwendet, um die Echtheit von Wertgegenständen nachzuweisen und um deren betrügerische Reproduktion zu verhindern, beispielsweise für Banknoten, Kunststoffkarten, Wertpapiere wie z. B. Fiskalmarken, Reisedokumente wie z. B. Pässe und für die Authentisierung von wertvollen Waren.
Auf dem Prinzip der optischen Diffraktion basierende Vorrichtungen werden häufig für diese Zwecke verwendet, da sie mittels dem Verfahren der optischen Diffraktion ein optisch veränderliches Bild mit charakteristischen Merkmalen wie Tiefe und Parallaxe (Hologramme) sowie Bewegungsmerkmalen und Bildwechseln (reine Diffraktionsgittervorrichtungen und einige holografische Vorrichtungen) erzeugen können. Solche diffraktiven, optisch veränderliche Bilder bildenden Vorrichtungen werden als Fälschungsschutzvorrichtungen verwendet, da einerseits ihre Effekte hochgradig erkennbar sind und mit Druckverfahren nicht reproduziert werden können und andererseits spezifische und schwer replizierbare optische und technische Verfahren für ihre Herstellung erforderlich sind.
Die Herstellung und Bildung der Effekte dieser diffraktiven und optisch veränderliche Bilder bildenden Vorrichtungen erfolgen im Allgemeinen basierend auf holografischen oder reinen Diffraktionsgitterverfahren und sie werden häufig als auf dem Gebiet bekannte geprägte Oberflächenreliefstrukturen hergestellt (z. B. Graham Saxby "Practical Holography" Prentice Hall 1988). Sie werden typischerweise auf wertvolle Dokumente, Kunststoffkarten und Wertgegenstände aufgebracht, die in Form von holografischer oder diffraktiver Heißprägefolie oder holografischen oder diffraktiven Etiketten, die häufig Manipulationen erkennen lassen, geschützt werden sollen.
Es gibt verschiedene Formen reiner Diffraktionsgittervorrichtungen, die bereits offenbart sind und als solche Sicherheitsvorrichtungen in Gebrauch sind. Ein Beispiel wäre US 4568141 , das ein diffraktiv-optisches Authentisierungselement offenbart, welches ein Farbmuster bereitstellt, das sich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit entlang einer vorbestimmten Bahn bewegt; wenn das Dokument aus einer ersten Richtung beleuchtet und aus einer zweiten Richtung betrachtet wird. Diese Vorrichtung besteht aus einer ebenen Diffraktionsgitterstruktur, die eine vorbestimmte Bahn definiert, wobei sich deren Ortsfrequenz und/oder Winkelorientierung derart entlang der Bahn verändert, dass wenn die Vorrichtung beleuchtet und in einer Ebene rotiert wird, benachbarte Bereiche der Diffraktionsgitterstruktur nacheinander Licht beugen, so dass ein Betrachter ein Farbmuster sieht, das sich entlang der Bewegungsbahn zu bewegen scheint. Jedes Element dieser Vorrichtung ist ein reines ebenes Diffraktionsgitter, das ein optisch wahrnehmbares Bild in Weißlicht wiedergibt, das kein kohärent sichtbares, zur Ebene senkrechtes Bild bildet. Ein Herstellungsverfahren für ein solches Sicherheits-Diffraktions-Master-Gitter ist in US 4761252 offenbart, wobei das Verfahren einen Stanzstempel verwendet, um aufeinander folgende kleine Bereiche eines flexiblen Prägestempels in einen Bogen aus thermoplastischem Material einzupressen. US5034003 offenbart eine weitere Form einer optischen Sicherheitsvorrichtung, die Diffraktionsgitter nutzt, um ein wechselndes Bild zu erzeugen, indem die Vorrichtung als Mengen von Pixeln aufgezeichnet wird, wobei jedes Pixel aus kleinen Bereichen unterschiedlicher Ortsfrequenzen und Orientierungen des Gitters besteht, um ein aus verschiedenen Richtungen sichtbares diffraktives Bild zu bilden. Diese Vorrichtung bildet optisch wahrnehmbare Bilder, die sich auf der Bildebene der Vorrichtung befinden, es gibt jedoch keine Vorkehrung für zusätzliche verdeckte Bilder, die unter kohärentem Licht gebildet werden. Eine weitere Form von Sicherheitsvorrichtung mit reinem Diffraktionsgitter und ein weiteres Verfahren zum Herstellen derselben ist das Verfahren der Elektronenstrahllithographie, um unter Verwendung eines Elektronenstrahls die detaillierten diffraktiven Strukturen direkt auf mikroskopischer Ebene zu schreiben. Einige Beispiele solcher Lehren sind W09318419, WO9504948 und WO9502200, die durch Elektronenstrahl generierte diffraktiv-optische Sicherheitsvorrichtungen beschreiben. Keine dieser Beschreibungen sieht Vorrichtungen vor, die ein zusätzliches, unter kohärenter Beleuchtung sichtbares Bild senkrecht zur Ebene erzeugen.
Veränderliche Bilder bildende diffraktiv-optische Vorrichtungen sind ebenfalls bekannt und wurden durch holografische Verfahren hergestellt. Solche Vorrichtungen sind bekannt für ihre Verwendung in Sicherheitsanwendungen wie beispielsweise auf Kreditkarten und Banknoten. Beispiele von Lehren zu solchen holografisch hergestellten Sicherheitsstrukturen sind US 5694229 , US 5483363 und W09959036. Die optischen Aufzeichnungs- und Herstellungsverfahren sowie andere Lehren dieser Patente sind durch Literaturhinweis hierin enthalten. Auch diese Lehren sehen keine zusätzlichen verdeckten Merkmale vor, insbesondere kein zusätzliches, vollkommen verdecktes "inline"-holografisches Bild zum Visualisieren unter spezieller kohärenter Beleuchtung.
Frühere Lehren zu maschinenlesbaren oder kohärent betrachtbaren holografischen oder diffraktiven Strukturen, wie sie zu Sicherheitszwecken verwendet werden, sind z. B. US 4544266 , das die Authentisierung eines Dokuments durch eine maschinenlesbare, auf Diffraktion basierende codierte Marke offenbart und US 5101184 , das eine weitere Möglichkeit zum Maschinenlesen einer diffraktiven Sicherheitsvorrichtung beschreibt, indem die in verschiedenen Richtungen durch asymmetrische Reliefstrukturen erzeugten verschiedenen Intensitäten von gebeugtem Licht erfasst werden. Keine dieser Lehren offenbart jedoch die Bildung eines kohärent betrachtbaren Bilds.
Eine aus einem Volumenhologramm bestehende Sicherheitsvorrichtung enthält ein mit einem überlagerten Lasertransmissionshologramm kombiniertes optisch wahrnehmbares Hologramm und ist in DE-A-3840037 offenbart. Darin ist das Lasertransmissionshologramm so konzipiert, dass es unter Weißlicht nicht erkennbar ist, aber unter kohärentem Laserlicht unter Verwendung eines Visualisierers oder einer Maschinenlesevorrichtung lesbar ist, aber in diesem Fall ist das Element der ganzen Vorrichtung überlagert statt örtlich begrenzt zu sein und ist kein verdecktes Inline-Hologramm.
US 5483363 beschreibt, wie ein geprägtes Oberflächenreliefhologramm eine überlagerte zweite diffraktive Struktur enthalten kann, die so konzipiert ist, dass sie durch Erzeugen eines zur Ebene senkrechten Bilds maschinenlesbar ist. In dieser Lehre ist jedoch die zweite Struktur dem ganzen Bereich der ersten überlagert und ist dazu konzipiert, für einen Beobachter komplett unsichtbar zu sein, indem überlagerte, sehr schwache Diffraktionsgitter verwendet werden, die kein zur Ebene senkrechtes Bild bilden, wobei aber das sichtbare diffraktive Bild bei Beleuchtung unterdrückt wird, um die Erfassung des zur Ebene senkrechten maschinenlesbaren Bilds zu ermöglichen. Auch diese Vorrichtung sieht keine Verwendung eines Inline-Hologramms als Mittel zum vollständigen Verbergen und dann Offenbaren eines verdeckten projizierten Bilds vor.
Die Probleme mit den beiden obigen Vorrichtungen bestehen darin, dass die verborgenen Bilder über den ganzen Bereich der Vorrichtung verteilt waren, einschließlich der sichtbare Bilder generierenden diffraktiven Struktur und daher dazu neigen, das sichtbare Bild von der Vorrichtung zu stören und zu verschlechtern und so erfordern, dass die den verborgenen Bildern entsprechenden diffraktiven Strukturen im Vergleich zum sichtbaren Hauptbild eine geringe Effizienz haben, um resultierende Konkurrenz und Verschlechterung zu vermeiden.
Ein weiteres holografisches System und Verfahren zum Bestimmen, welche einer Vielzahl von optisch nicht zu unterscheidenden Objekten, die ein optisch wahrnehmbares diffraktives Bild erzeugt, mit einem verdeckten Indikator markiert wurden, ist in US 5825475 erklärt, das eine Zahl von normalerweise nicht zu unterscheidenden Objekten offenbart, von denen einige mit einem verdeckten holografischen Indikator markiert wurden, der zur Betrachtung frei liegt, der aber nur erkennbar ist, wenn er mit einem kohärenten Referenzlicht mit vorbestimmter Wellenlänge beleuchtet wird, das dazu konzipiert ist, durch eine bestimmte Form von Scanner-Auswertungseinheit ausgewertet zu werden.
Ein bekanntes holografisches System zum Bilden eines verdeckten, kohärent betrachtbaren Bilds verwendet ein einen diffraktiven matten Bereich enthaltendes Hologramm, das bei Beleuchtung durch Laser ein zur Ebene senkrechtes Bild generiert, das aus Text besteht. Ein weiteres bekanntes System, das ein kohärent betrachtbares Bild bildet, ist ein Hologramm, das einen Bereich diskreter kleiner Punkte enthält, die über eine Distanz von einigen Millimetern in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der bei Beleuchtung durch Laser zwei verdeckte, zur Ebene senkrechte Bilder generiert, die jeweils einem Paar Punkte zugeordnet sind. Diese Verfahren haben den Nachteil, dass die verdeckten Bereiche ein optisch wahrnehmbares diffraktives Bild wiedergeben und dass ihre Wiederbeleuchtung und Ausrichtung für die Betrachtung zur Inspektion umständlich ist.
Die Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, eine Verbesserung der obigen Vorrichtungen bereitzustellen, insbesondere um ein vollständig unsichtbares, verdecktes, kohärent betrachtbares, zur Ebene senkrechtes Bild in einer holografischen oder anderen Form von diffraktiven Sicherheitsstruktur aufzuzeichnen, ohne das sichtbare diffraktive Sicherheitsbild zu verschlechtern, wobei Wiederbeleuchtung und Inspektion der Vorrichtung jedoch einfach sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine optische Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 bereitgestellt, die mindestens einen getrennten Bereich umfasst, der eine diffraktive Struktur umfasst, wobei die diffraktive Struktur so angeordnet ist, dass sie als Reaktion auf Weißlichtbeleuchtung (19) durch das Verfahren der Diffraktion ein Bild erzeugt, wobei sich das erzeugte diffraktive Bild in nächster Winkelnähe zu der Spiegelreflexion (22) der Weißlichtbeleuchtung (19) befindet, so dass das bei Weißlichtbeleuchtung (19) erzeugte diffraktive Bild für einen Beobachter im Wesentlichen nicht sichtbar ist, und dadurch gekennzeichnet, dass die diffraktive Struktur auf Beleuchtung mit kohärentem Licht (3) reagiert und so angeordnet ist, dass sie ein verdecktes Bild (12, 13) erzeugt, das um eine Strecke von der physikalischen Ebene der optischen Vorrichtung entfernt auf eine getrennte Bildebene fokussiert wird und das für einen Beobachter sichtbar ist, wobei das verdeckte Bild (12, 13) in nächster Winkelnähe zur Richtung der Spiegelreflexion (8, 9) des kohärenten Lichts (3) liegt und wobei die Struktur und die Entfernung der unter kohärenter Beleuchtung gebildeten getrennten Bildebene von der physikalischen Ebene der Vorrichtung derart sind, dass bei Weißlichtbeleuchtung (19) das verdeckte Bild (12, 13) für einen Beobachter nicht sichtbar ist.
In dieser Erfindung wird eine verbesserte Form von diffraktiver Fälschungsschutzsicherheitsvorrichtung gelehrt, wobei eine herkömmliche diffraktive Vorrichtung für optisch veränderliche Bilder, wie ein Sicherheitshologramm oder -kinegramm oder Ähnliches mit einem getrennten Bereich kombiniert ist, der eine inline-holografische Komponente enthält, die ein kohärent betrachtbares verdecktes Bild enthält, das unter normalen Weißlichtbeleuchtungsbedingungen keinerlei diffraktives Bild aufweist und im Wesentlichen, möglicherweise mit Ausnahme eines leicht matten Effekts, ein vollkommen merkmalsloser Bereich ist, das aber unter kohärenter Laserbeleuchtung ein inline-holografisches Bild generiert, das um die direkte Spiegelreflexion von der Oberfläche als inline-projiziertes holografisches Element angeordnet ist.
Der Vorteil dieser Vorrichtung gegenüber früheren Vorrichtungen besteht darin, dass die Vorrichtung im Wesentlichen keine diffraktive Wiedergabe erzeugt, die unter normalen Weißlichtbetrachtungsbedingungen von einem Beobachter gesehen werden kann, aber bei kohärenter Beleuchtung durch einen Laserzeiger oder Ähnliches ein zur Ebene senkrechtes holografisches Bild erzeugt, das um den direkt spiegelnd reflektierten Strahl angeordnet ist und daher sehr einfach zu finden und zu authentisieren ist.
In dieser Erfindung wird eine Vorrichtung offenbart, in der ein vollkommen unsichtbares, verdecktes, kohärent betrachtbares, zur Ebene senkrechtes Bild in einer holografischen oder anderen Form von diffraktiven Sicherheitsstruktur aufgezeichnet wird, ohne das sichtbare diffraktive Sicherheitsbild zu verschlechtern, wobei Wiederbeleuchtung und Inspektion der Vorrichtung jedoch einfach sind. In dieser neuen Vorrichtung ist eine herkömmliche diffraktive Vorrichtung für optisch veränderliche Bilder wie ein Sicherheitshologramm oder -kinegramm oder Ähnliches mit einem getrennten Bereich kombiniert, der eine "inline"-holografische Komponente enthält, die unter normalen Weißlichtbeleuchtungsbedingungen keinerlei diffraktives Bild aufweist und im Wesentlichen, möglicherweise mit Ausnahme eines leicht matten Effekts, ein vollkommen merkmalsloser Bereich ist, die aber unter kohärenter Laserbeleuchtung ein inline-holografisches Bild erzeugt, das um die direkte Spiegelreflexion von der Oberfläche als inline-holographisches Projektionselement angeordnet ist. Der Vorteil dieser Vorrichtung gegenüber früheren Vorrichtungen besteht darin, dass die Vorrichtung im Wesentlichen keine diffraktive Wiedergabe erzeugt, die unter normalen Weißlichtbetrachtungsbedingungen von einem Beobachter gesehen werden kann, aber bei kohärenter Beleuchtung durch einen Laserzeiger oder Ähnliches ein zur Ebene senkrechtes holografisches Bild erzeugt, das um den direkt spiegelnd reflektierten Strahl angeordnet ist und daher sehr einfach zu finden und zu authentisieren ist. Der Vorteil dieser verbesserten Struktur besteht darin, dass keinerlei diffraktive Wiedergabe sichtbar ist und die Struktur sich daher nicht als diffraktiver Bereich offenbart und so komplett verborgen und verdeckt ist, jedoch in einem diskreten Bereich der Konstruktion örtlich begrenzt ist. Daher kann dieses Merkmal optisch effizient ausgeführt werden, ohne das optisch veränderliche Hauptbild zu verschlechtern und kann eine kleine Fläche haben, um die Verschlechterung infolge Oberflächenrauheit zu vermindern. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Visualisierung unter kohärenter Beleuchtung relativ einfach sein sollte, da das zur Ebene senkrechte Bild um den spiegelnd reflektierten Strahl angeordnet ist. Ein Vorteil davon, dass ein Bild um den spiegelnd reflektierten Strahl angeordnet ist, besteht darin, dass das gebeugte Licht unter Weißlichtbeleuchtung für einen Beobachter praktisch vollkommen unsichtbar ist und, je nach Tiefe des Musters dieser Bereich entweder merkmalslos oder leicht matt erscheint. Normalerweise ist der Bereich dieser neuen Vorrichtung örtlich begrenzt und von anderen diffraktiven Bereichen der Vorrichtung getrennt, statt ihnen überlagert, um die Verschlechterung des sichtbaren Bilds zu vermeiden.
Ein weiterer Vorteil dieses neuen Merkmals besteht darin, dass es sehr spezielle und ungewöhnliche holografische Aufzeichnungsvorkehrungen oder direkte Berechnungs- und Schreibprozesse zum Aufzeichnen der Vorrichtung erfordert und insbesondere zum zusammenhängenden Aufzeichnen der Vorrichtung mit einem Sicherheitshologramm oder diffraktivem Element, was Reverse Engineering oder die Reproduktion der Vorrichtung selbst für den Fachmann unerreichbar schwierig macht. Die direkte Berechnung der diffraktiven Struktur und direktes Schreiben können zusätzlich zur Sicherheit der Vorrichtung beitragen, indem ein diffraktives Bild erzeugt wird, das eine nicht symmetrische Wiedergabe hat, die nur durch nicht klassische direkte Schreibverfahren erzeugt werden kann.
Dies ist daher ein neuer Typ einer extrem sicheren verdeckten holografischen diffraktiven Struktur, die ein kohärent betrachtbares Bild derart wiedergibt, dass es in seiner Form einem Inline-Hologramm ähnlich ist, wobei die Rekonstruktionsrichtung eng um den für die Rekonstruktion verwendeten spiegelnd reflektierten Strahl angeordnet ist. Diese neue Vorrichtung ist daher eine Verbesserung gegenüber den bisherigen Lehren. In einigen der früheren Lehren war die abfragbare kohärent betrachtbare Struktur über den gesamten Bereich der Vorrichtung ausgebreitet, was zu entweder einer verschlechterten sichtbaren Authentisierungsvorrichtung infolge Saumkonkurrenz oder einer schwachen kohärent erfassbaren Struktur führt. In anderen früheren Arbeiten war die kohärente Struktur außerdem in kleinen Bereichen örtlich begrenzt und als sichtbares gebeugtes Bild wiedergegeben, wohingegen hier die kohärente Struktur ebenfalls örtlich begrenzt ist, so dass hohe diffraktive Effizienz für leichte Visualisierung unter kohärentem Licht erreicht werden kann, während die neue Struktur außerdem mit Eigenschaften konzipiert wurde, die es ihr ermöglichen, kein erkennbares sichtbares gebeugtes Bild zu erzeugen, um sicherzustellen, dass ihre Anwesenheit und Funktion vollkommen verdeckt bleiben. Es ist außerdem eine Aufgabe dieser Erfindung, ein visuell vollkommen verdecktes System bereitzustellen, das seine Anwesenheit nicht durch ein beobachtbares gebeugtes Bild offenbart, wobei die ersten (und die ersten wenigen der viel schwächeren höheren Ordnungen) Diffraktionsordnungen sehr nah bei der Spiegelreflexion von der Oberfläche liegen. Dieses System ist deutlich sicherer und schwieriger zu fälschen oder nachzubauen als die früheren Systeme und ist dabei typischerweise ein integrierter Teil des Sicherheitsbilds. Die neue Vorrichtung ist außerdem wesentlich komplizierter herzustellen als frühere Vorrichtungen und erfordert viel anspruchsvollere Verfahren für die Herstellung.
In dieser Erfindung besteht eine optische Sicherheitsvorrichtung aus einer reflektierenden Oberflächenreliefstruktur, die aus einer diffraktiven Struktur besteht, die einen getrennten Bereich umfasst, der als Reaktion auf Weißlichtbeleuchtung durch das Verfahren der Diffraktion von Licht ein Bild erzeugt, wobei die diffraktive Struktur auf Weißlichtbeleuchtung reagiert, um ein diffraktives Bild in einer Richtung zu erzeugen, die sich in nächster Winkelnähe zur Spiegelreflexion von der Oberfläche befindet und zusammen mit der Spiegelreflexion in einem Winkel angeordnet ist, so dass das unter Weißlichtbeleuchtung erzeugte gebeugte Bild für einen Beobachter unsichtbar ist und wobei die Vorrichtung auf die Beleuchtung mit kohärentem Licht reagiert, indem sie ein verdecktes Bild erzeugt, wobei das verdeckte Bild ein fokussiertes Bild auf einer um eine Stecke von der physikalischen Ebene der Vorrichtung entfernten getrennten Bildebene bildet, wobei das verdeckte Bild in einer Richtung liegt, die sich in nächster Winkelnähe mit der Position und Richtung der Spiegelreflexion befindet und zusammen mit der Position und Richtung der Spiegelreflexion in einem Winkel angeordnet ist und wobei das verdeckte Bild aus alphanumerischen Zeichen oder anderen grafischen Anzeigemitteln oder einem Bild mit einem kontinuierlichen Farbton besteht.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die obige holografische Oberflächenreliefstruktur als Bestandteil derselben in einer holografischen oder diffraktiven Hauptstruktur, die dazu konzipiert ist, ein visuell wahrnehmbares diffraktives oder holografisches Sicherheitsbild, wie es auf dem Gebiet bekannt ist, zu erzeugen, wobei es sich dabei um ein Sicherheitshologramm, eine auf einem Diffraktionsgitter basierende Struktur wie einem Kinegramm oder Ähnliches handeln kann.
Mit dem Begriff reflektierende Oberflächenreliefstruktur meinen wir eine geprägte holografische oder diffraktive Struktur, wie sie auf dem Gebiet bekannt ist, wobei das Oberflächenreliefmuster in ein Trägermaterial oder einen Prägelack geprägt ist, um typischerweise ein Etikett, eine Heißfolie oder eine andere Ausführungsform einer diffraktiven Vorrichtung, wie sie auf dem Gebiet bekannt ist, zu bilden. Normalerweise sind solche Oberflächenreliefstrukturen mit einem Metall, wie beispielsweise Aluminium vakuumbeschichtet, um einen effizienten Reflektor bereitzustellen und den Effekt zu verstärken, aber im Umfang dieser Erfindung wird außerdem die Verwendung von verschiedenen Metallen mit verschiedenen Reflexionsvermögen, von teilweise durchlässigen und teilweise reflektierenden Vorrichtungen und von im Wesentlichen transparenten Vorrichtungen, die mit beispielsweise einer anorganischen Schicht wie Zinksulfid oder Ähnlichem, typischerweise für die Verwendung als Datenschutzdeckschichten beschichtet sind, berücksichtigt.
Mit dem Begriff "diffraktive Struktur" wie er vorangehend verwendet wird, beziehen wir uns auf die Oberflächenreliefstruktur dieser neuen Vorrichtung, die ihr gebeugtes Bild durch ein Verfahren der Diffraktion von Licht erzeugt und die typischerweise durch ein auf dem Gebiet bekanntes holografisches Verfahren hergestellt wird, das zum Aufzeichnen dieser neuen Vorrichtung angepasst wurde. Typischerweise könnte auf dem Gebiet der Holografie ein Master-Bild mit einem holografischen H1-H2-Verfahren unter Verwendung von Laserlicht erzeugt werden. Ein alternatives und vorteilhaftes Verfahren wäre das direkte Schreiben einer solchen Struktur unter Verwendung von beispielsweise Elektronenstrahllithographie. Die Eigenschaften dieser neuen Struktur sind derart, dass die Struktur unter kohärenter Beleuchtung ein in einer Entfernung von der reellen Ebene der Vorrichtung liegendes reelles Bild erzeugt, das unter einem extrem kleinen Diffraktionswinkel des Lichts wiedergegeben wird, um ein Bild zu erzeugen, das sich in nächstem Winkelverhältnis mit der und um die direkte Spiegelreflexion von der Oberfläche befindet. Ein typischer, jedoch nicht einschränkender Bilderzeugungsabstand wäre im Bereich von 150 mm bis 300 mm, um die Nutzung bequem zu machen.
Eine solche Vorrichtung könnte auch durch die direkte Berechnung des entsprechenden optischen Mikrostrukturmusters und dessen direktes Schreiben erzeugt werden, während ein Verfahren der Elektronenstrahllithographie oder Ähnliches zum direkten Schreiben der Mikrostruktur verwendet wird. In einem Verfahren könnte man die diffraktive Fokussierungsstruktur direkt schreiben. In einem anderen Verfahren könnte der Bereich der Struktur in Pixel oder diskrete Unterteilungen beliebiger Form unterteilt werden, die weiter in Unterpixel unterteilt werden, die jeweils aus einem Diffraktionsgitter mit leicht unterschiedlichen Eigenschaften bestehen, wobei jedes Pixel mehrere solcher Gitterbereiche mit leicht unterschiedlichen Wiedergabewinkeln und -orientierungen enthält, die dazu konzipiert sind, unter kohärenter Beleuchtung das entsprechende Fernfeldbild zu erzeugen, wobei z. B. Grauskaleneffekte durch den relativen Abgleich von Unterpixelbereichen bestimmt werden. Ein Fraktalmuster wäre eine nützliche Möglichkeit zum Zusammenfügen eines solchen Unterpixel- und Pixelmusters, um eine Struktur bereitzustellen, für die Reverse Engineering schwierig wäre. Ein besonderer Vorteil von direkten Elektronenstrahllithographie-Schreibverfahren ist die Fähigkeit, asymmetrische Strukturen zu erzeugen, um die Reproduktion asymmetrischer diffraktiver Bilder zu ermöglichen, wobei die Vorrichtung beispielsweise nur eine +1. Diffraktionsordnung wiedergibt, wie auf dem Gebiet bekannt, wobei die –1. Diffraktionsstruktur unterdrückt wird, im Gegensatz zu einer herkömmlichen holografischen Struktur, die ein symmetrisches Profil hat und normalerweise sowohl die +1. als auch die –1. Diffraktionsordnung mit ungefähr gleicher Intensität wiedergibt. Dies ermöglicht die Realisierung einer besonders vorteilhaften Form der Vorrichtung, wobei das diffraktive Bild eine asymmetrische Wiedergabe hat und daher das Fernfeldbild nicht rotationsspiegelsymmetrisch um den spiegelnd reflektierten Strahl ist, wodurch neuartige und sichere Formen von projiziertem Bild möglich werden, die definitiv nicht durch herkömmliche holografische Verfahren reproduziert werden können.
Es ist zu beachten, dass der Umfang dieser Erfindung nicht nur auf geprägte diffraktive Oberflächenreliefstrukturen beschränkt ist, sondern dass das Konzept von zusätzlichen getrennten Bereichen in einer Sicherheitsvorrichtung, die ein zusätzliches verdecktes, kohärent betrachtbares Bild bilden, das nah an der Spiegelreflexion von der Vorrichtung verborgen ist, gleichermaßen auf andere Formen holografischer Herstellungsverfahren anwendbar ist, beispielsweise Reflexionsholographie, basierend auf Interferenzschichten, die in Materialien wie Photopolymeren, Silberhalid, Dichromatgelatine usw. hergestellt sind, wobei diese Anwendungen und Verfahrensweisen im Umfang dieser Erfindung eingeschlossen sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung werden diese speziellen diffraktiven Strukturen kombiniert als eine Komponente eines holografischen oder diffraktiven Hauptsicherheitsbilds, die eine Mischung aus regenbogenholografischen und rein diffraktiven Elementen enthält. Diese speziellen diffraktiven Strukturen können außerdem kombiniert werden (z. B. unter Verwendung eines mechanischen Rekombinationsverfahrens) mit auf reinen Diffraktionsgittern basierenden Vorrichtungen wie sie auf dem Gebiet bekannt sind, beispielsweise einem "Kinegramm" oder einer computerberechneten und direkt geschriebenen diffraktiven Struktur, die beispielsweise durch ein Elektronenstrahllithographiesystem aufgezeichnet wird, wie die als "Exelgram" bekannte Vorrichtung. In einer Ausführung könnte die Form der hier offenbarten diffraktiven Struktur als Bestandteil des Designs integriert werden, wobei ihre matte Erscheinung zusätzlich als visuelles Gestaltungselement verwendet würde, oder beispielsweise als eine Komponente der Gestaltung des sichtbaren Bilds.
In einer nützlichen Form dieser Erfindung erzeugen verschiedene getrennte Bereiche der diffraktiven Struktur verschiedene kohärent betrachtbare Bilder, obwohl sie visuell die identische matte Erscheinung haben. Dies würde zulassen, dass verschiedene Bereiche einer Vorrichtung oder eines Designs verschiedene kohärent betrachtbare Bilder erzeugen, um zusätzliche Sicherheit zu erreichen und zu ermöglichen, dass zusätzliche Informationen untergebracht werden können.
Mit den Begriffen "in nächster Winkelnähe zur Spiegelreflexion von der Oberfläche und zusammen mit der Spiegelreflexion in einem Winkel angeordnet" meinen wir, dass das gebeugte Licht von der neuen holografischen diffraktiven Struktur von der Struktur um die und in der selben Richtung rekonstruiert wird, wie die gewöhnliche Spiegelreflexion von Licht, das auf eine im Wesentlichen ebene reflektierende Oberfläche einfällt und sich in einem Winkel von weniger als 7 Grad und typischerweise von ungefähr 5 Grad um diese Richtung der Spiegelreflexion erstreckt. Das bedeutet, dass das von dieser Struktur, wenn sie von einem geeigneten kohärenten Laserlicht beleuchtet wird, gebildete verdeckte Bild auf einem Bildschirm fokussierbar ist und entlang der Richtung der Spiegelreflexion angeordnet ist und sich um diese erstreckt. Dieses Bild wird typischerweise in einem Abstand von 150 mm bis 300 mm von der Vorrichtung gebildet, obwohl in manchen Fällen der praktische Abstand größer wäre. In einer vorteilhaften Form dieser Vorrichtung ist dieses Bild nicht symmetrisch um den reflektierten Strahl, um eine besonders sichere Form von Vorrichtung bereitzustellen, deren Reproduktion mit holografischen Verfahren unmöglich ist und wobei die diffraktive Struktur nur durch ein Direktschreibverfahren, typischerweise Elektronenstrahllithographie erzeugt werden kann.
Eine weitere geeignete Form von diffraktiver Oberflächenreliefstruktur, die zum Erzeugen eines Effekts dieser Art verwendet werden kann, wird mit einem holografischen Aufzeichnungsverfahren hergestellt, das ein H1-H2-Verfahren nutzt, wie es auf dem Gebiet bekannt ist und auf das verwiesen wird, indem ein Oberflächenreliefbild typischerweise in Photolack aufgezeichnet wird. Um diese Vorrichtung herzustellen, wird dieses Verfahren dazu angepasst, ein Verfahren zu nutzen, bei dem der Regenbogenspalt durch eine Maske über dem H1 in der Form des aufzuzeichnenden verdeckten Bilds ersetzt wird und wobei ein Referenzstrahl aus genau der oder nahezu genau der Richtung auf das Aufzeichnungsmedium einfällt, wie der Objektstrahl vom verdeckten Bild, um ein "inline"-holografisches Bild in diesem Bereich zu bilden, mit sehr geringer Ortsfrequenz des Trägerdiffraktionsgitters verglichen mit den Bereichen der Vorrichtung, die zur Wiedergabe eines sichtbaren diffraktiven Bilds vorgesehen sind.
Man kann sich vorstellen, dass die Organisation der Bereiche dieser neuen verdeckten holografischen diffraktiven Vorrichtungen mehrere Formen annehmen kann. Beispielsweise könnte eine Form von Vorrichtung diese Struktur allein sein und wäre dann vollkommen verdeckt, so dass überhaupt kein sichtbares Bild wiedergegeben wird, aber bei Wiederbeleuchtung mit kohärentem Licht ein verdecktes Bild offenbart wird. Man könnte sich außerdem Vorrichtungen vorstellen, bei denen verschiedene Bereiche der Vorrichtung Strukturen dieser neuen Form enthalten, die aber bei kohärenter Beleuchtung verschiedene verdeckte Bilder rekonstruieren, je nachdem welche Nachricht in einem bestimmten Bereich aufgezeichnet wurde.
In einer weiteren Form der Vorrichtung könnte die neue Vorrichtung mit einer sichtbaren diffraktiven Sicherheitsvorrichtung wie einem Sicherheitshologramm oder -kinegramm kombiniert werden. In dieser kombinierten Vorrichtung könnte die verdeckte, kohärent lesbare Struktur diskrete Bereiche belegen, bei denen es sich um einen einzigen Bereich oder um verteilte kleine Bereiche handeln kann. Größe und Form jedes Elements könnten flexibel sein – typischerweise wäre eine ungefähre Mindestgröße eine Einzelelements von 0,2 mm die kleinste brauchbare Größe, um ein brauchbares Signal zu liefern, das gegen das reflektierte Licht von einem Laserzeiger sichtbar wäre. Eine brauchbarere Abmessung wäre ungefähr im Bereich von 0,5 bis 2,0 mm Durchmesser oder eine Abmessung der Grafik, die an einen Laserzeiger mit einem Strahldurchmesser von ungefähr 1,5 mm angepasst ist, um ein helles und leicht betrachtbares kohärent wiedergegebenes Bild zu erzeugen, indem der Großteil des lesbaren Bereichs vollständig und gleichmäßig beleuchtet wird, obwohl die Größe vollkommen flexibel ist und viel größer sein könnte. Diese Bereiche können eine beliebige geeignete grafische oder alphanumerische Form oder die Form einer Liniengrafik auf der Bildebene haben, um matte Bereiche zu liefern, die in die Hauptgestaltung des sichtbaren diffraktiven Elements integriert sind. Das verdeckte Laserprojektionsmerkmal könnte auch auf kleinere kontrollierte Bereiche um das Design verteilt sein (die getrennten Bereiche könnten potenziell verschiedene projizierte graphische Bilder rekonstruieren, um zusätzliches Informationsspeichervermögen oder zusätzliche Sicherheit zu liefern) und auch dupliziert sein, um für mehr Beständigkeit gegen mechanische Beschädigung und Abrieb zu sorgen. Die kontrollierte Bilderzeugung der Form des Laserprojektionsmerkmals auf der Bildebene der Vorrichtung kann durch Verwendung eines in eine H1-zu-H2-Anordnung, wie sie auf dem Gebiet bekannt ist, projizierten Bilds oder durch Vorberechnung und direktes Schreiben der Struktur erreicht werden.
Es ist zu beachten, dass in einer bevorzugten Ausführungsform die hier offenbarte diffraktive Oberflächenreliefstruktur als Teil eines sichtbaren holografischen oder diffraktiven Sicherheitshauptbilds integriert würde, um die Komplexität der Gesamtstruktur zu erhöhen, um ihre Fälschungsschutzeigenschaften zu erhöhen und außerdem, um das Vorhandensein dieser neuen Struktur zu verbergen. Daher würde man unter typischen Bedingungen die Abfrage und Authentisierung durch einen Inspektor vorsehen, der die Struktur verifiziert, indem er sie mit beispielsweise einem Laserzeiger beleuchtet und das Bild auf beispielsweise einem einfachen Handbildschirm, der in den direkt reflektierten Strahl gehalten wird, rekonstruiert. Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, diese Vorrichtung im Gegensatz zu früheren Systemen vollkommen verdeckt zu gestalten, indem sichergestellt wird, das sie keine sichtbare gebeugte Wiedergabe hat und außerdem leichter zu authentisieren ist als frühere Vorrichtungen.
In einer nützlichen und bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung besteht die Vorrichtung aus mehreren Bereichen, die jeweils potenziell verschiedene projizierte Bilder liefern und vorzugsweise einigen oder vielen weiteren solcher Bereiche. In diesen Vorrichtungen könnte das kohärente projizierte Bild die Form eines Bilds mit kontinuierlichem Farbton oder einer alphanumerischen oder anderen grafischen Gestalt haben und in einer bevorzugten Ausführungsform überspannt das projizierte Bild die Spiegelreflexion und hat einige Komponenten, die sehr nah bei der Spiegelreflexion liegen oder mit ihr zusammenfallen. In einer Ausführungsform wäre das projizierte Bild um die Spiegelreflexion symmetrisch. Dieser Typ von projiziertem Bild wäre am geeignetsten für die holografische Produktion. In einer weiteren bevorzugten und sichereren Form der Vorrichtung könnte das projizierte Bild durch Verwendung von vorberechneten computererzeugten Verfahren und direktem Schreiben der Strukturen, beispielsweise Elektronenstrahlverfahren, nicht symmetrisch sein, um asymmetrische Strukturen zu erzeugen, wobei das verdeckte kohärent betrachtbare Bild nicht symmetrisch um die Spiegelreflexion ist und daher einen erhöhten Sicherheitswert gegen holografische Fälschung durch Nachbildung der Struktur aufweist.
Eine nützliche Ergänzung der hier offenbarten Haupterfindung eines kohärent betrachtbaren Sicherheitsbilds wäre seine Kombination mit einer zweiten Diffraktionsgitterstruktur mit sehr kleinem Gitterabstand, die außerdem dazu konzipiert ist, ein zusätzliches, spezialisierteres, verdecktes, zur Ebene senkrechtes, kohärent visualisiertes Bild wiederzugeben. Wir würden erwarten, dass ein solches Merkmal zusätzlich zum kohärent betrachtbaren verdeckten Merkmal in dieser Erfindung als verborgenes hochsicheres forensisches Merkmal verwendet würde, das für die anspruchsvollere Authentisierung mit einer individuellen laserbasierten Betrachtungsvorrichtung konzipiert ist. Das Funktionsprinzip wäre, dass wenn dieses zusätzliche verdeckte Merkmal mit einem diffraktiven oder holografischen Sicherheitsbild mit einer wesentlich höheren Ortsfrequenz des Trägergitters (d.h. kleinerer Gitterabstand) als die Ortsfrequenz eines holografischen Hauptbilds im sichtbaren Teil der Vorrichtung aufgezeichnet würde, mit abnehmendem Gitterabstand des überlagerten Gitters der Diffraktionswinkel erster Ordnung so weit zunimmt, dass keine Wiedergabe von diesem Element gesehen werden kann, wenn die Vorrichtung entlang oder nahe der Normalen betrachtet wird, selbst bei einem sehr steilen Referenzstrahlwinkel für die Rekonstruktion. Was geschieht, ist dass der Diffraktionswinkel erster Ordnung sehr groß wird und der Diffraktionsstrahl erster Ordnung in einer Rekonstruktionsgeometrie zur Beleuchtungsquelle zurückgerichtet wird, die wenn sie in spektroskopischen Anwendungen von Diffraktionsgittern eingesetzt wird, als "Littrow-Geometrie" bekannt ist. In dieser Geometrie kann bei Betrachtung in einer normalen Konfiguration für visuelle Betrachtung in der Wiedergabe kein Anzeichen dieser zusätzlichen diffraktiven Struktur gesehen werden und die Struktur kann nur in einer "Littrow-Konfiguration" erkannt werden. Ein sehr nützliches zusätzliches Sicherheitsmerkmal besteht daher darin, ein zusätzliches, verdecktes, zur Ebene senkrechtes Bild aufzuzeichnen, das als Trägergitter mit hoher Ortsfrequenz (kleinerer Diffraktionsgitterabstand, ca. 0,6 Mikrometer oder weniger) aufgezeichnet wird und dies kann geeigneterweise als Gesamtüberlagerung über den gesamten Bereich der Vorrichtung aufgezeichnet werden, die typischerweise schwächer ist als jedes sichtbare Hauptsicherheitsbild, so dass von diesem zusätzlichen Bild sehr geringe sichtbare Anzeichen vorhanden sind. Alternativ könnte dieses Gitter mit höherer Frequenz als kleine diskrete Bereiche eingeführt werden, möglicherweise zwischen anderen, über die Vorrichtung verteilten Bereichen oder in einem örtlich begrenzten Bereich, je nachdem, was zum Design und zur Anwendung am besten passt. Dieses zusätzliche forensische kohärent betrachtbare Bild kann durch Verwendung von spezialisierten und schwer reproduzierbaren geometrischen Betrachtungsbedingungen unter kohärenter Beleuchtung in einer geeigneten "Littrow-Geometrie" (sehr steiler Beleuchtungswinkel und Bild in einer nahezu Retroreflexionsgeometrie fokussiert) offenbart werden, um ein zusätzliches, hochsicheres, verdecktes, zur Ebene senkrechtes Bild zu liefern, das aufgezeichnet und erfasst werden kann, um ein zusätzliches, extrem verdecktes, kohärent betrachtbares Bild zu liefern.
Dieses zusätzliche Verfahren liefert also eine zusätzliche neuartige Sicherheitsvorrichtung, die ein erstes kohärent betrachtbares Laserprojektionsbild plus ein zweites, anders verdecktes und verborgeneres forensisches verdeckt kohärent betrachtbares Bild wiedergibt, das für normale Beobachtung verborgen ist und dank seiner hohen Ortsfrequenz nur in einer sehr besonderen Geometrie mit steilem Winkel beobachtet werden kann. In einer alternativen Ausführungsform könnten diese sehr feinen Gittermerkmale (typischerweise ungefähr oder weniger als 0,5 Mikrometer Gitterabstand) in diskreten graphischen Elementen örtlich begrenzt sein, die auf der Bildebene der Vorrichtung sichtbar sind, wobei in einem zur vorliegenden Haupterfindung analogen Verfahren jedes unter geeigneter Beleuchtung mit "Littrow-Geometrie" ein getrenntes verdecktes Bild wiedergibt. Ein weiterer Vorteil der Verwendung sehr feiner Gitterstrukturen besteht darin, dass sie besonders ungewöhnliche und stabile optische Interferenzgeometrien oder direkte Schreibverfahren wie Elektronenstrahllithographie zum Aufzeichnen erfordern und technisch für einfachere und weniger gut ausgestattete Holographie- und Diffraktionshersteller und sogenannte Punktmatrixsysteme nicht zugänglich sind. Dadurch sind diese Typen von sehr feinen Gitterstrukturen extrem nützlich als zusätzliches forensisches Sicherheitsmerkmal.
Es ist zu beachten, dass die Kombination eines kohärent betrachtbaren verdeckten Bilds mit Diffraktionsmerkmal mit relativ grobem Gitterabstand (sehr niedrige Ortsfrequenz) und einem mit hoher räumlicher [Lakune] (Diffraktionsmerkmal mit feinem Gitterabstand) ein Hochsicherheitsmerkmal liefert, das extrem schwer zu reproduzieren wäre. Die weitere Kombination dieser Strukturen mit einer sichtbaren diffraktiven Vorrichtung, deren Ortsfrequenz normalerweise in der Mitte zwischen diesen beiden Extremen läge, um eine bequem zu betrachtende Vorrichtung zu liefern, würde eine extrem hochsichere und diffraktive Sicherheitsvorrichtung liefern, für die Reverse Engineering sehr schwierig wäre.
Diese Erfindung wird nun mit Hilfe von schematischen Zeichnungen veranschaulicht, um bevorzugte Ausführungsformen und potenzielle Herstellungsverfahren zu erklären.
1 stellt die Vorrichtung dar, potenziell integriert als Teil einer anderen diffraktiven Sicherheitsvorrichtung, wie beispielsweise einem Hologramm und veranschaulicht ihr Verhalten unter kohärenter Beleuchtung, um ein zur Ebene senkrechtes Laserprojektionsbild zu bilden, das nah bei der Spiegelreflexion liegt.
2 stellt eine zweite Form der Vorrichtung dar, ebenfalls unter kohärenter Beleuchtung und zeigt in diesem Fall zwei Bereiche des Hauptbilds, die verschiedene projizierte Bilder anzeigen und zeigt außerdem den Typ der kohärenten Rekonstruktion, der von einem typischen Regenbogenhologramm erhalten würde.
3 stellt das Verhalten der Vorrichtung in Kombination mit einem sichtbaren diffraktiven oder holografischen Bild unter Weißlichtbeleuchtung dar und zeigt, wie das sichtbare Bild Licht in das Auge eines Beobachters rekonstruiert, während das Laserprojektionsbild Weißlicht in eine nicht sichtbare Richtung um die Spiegelreflexion beugt.
4 stellt wieder die Vorrichtung aus 3 dar, und zeigt die verschiedenen Winkelrekonstruktionen in Weißlicht zwischen der sichtbaren Wiedergabe eines sichtbaren holografischen oder diffraktiven Bilds und die schmale Diffraktionswinkelwiedergabe der Laserprojektionsvorrichtung. Dies zeigt, wie das gebeugte Licht vom Laserprojektionsbereich um die Spiegelreflexion örtlich begrenzt bleibt und daher sehr schwer zu betrachten ist.
5 und 6 zeigen ein potenzielles Herstellungsverfahren und zeigen das H1-zu-H2-Aufzeichnungsverfahren zum Herstellen eines "Benton"- oder Regenbogenhologramms, wie auf dem Gebiet bekannt. 5 veranschaulicht schematisch die Aufzeichnung eines H1-Hologramms eines Objektes, wie auf dem Gebiet bekannt und 6 veranschaulicht das H2-Transferverfahren.
7 zeigt, wie das Zwischenhologramm aus 5 in einer optischen Transferanordnung, wie auf dem Gebiet bekannt, eingesetzt wird, um ein für die Beobachtung unter Weißlicht geeignetes Bildebenen-Transferhologramm oder H2 zu bilden. Diese Abbildung veranschaulicht weiter, wie die Laserprojektions-Diffraktionsvorrichtung aufgezeichnet wird, indem der herkömmliche, gegenüber der Achse versetzte H2-Referenzstrahl durch einen auf der Achse liegenden Referenzstrahl ersetzt wird, der mit der Richtung des einfallenden Objektstrahls praktisch kolinear ist (oder sich in nächster Winkelnähe, typischerweise ungefähr 5 Grad zu ihr befindet). In diesem Beispiel wird der kleine Winkel zwischen Referenz- und Objektstrahl erhalten, indem der Referenzstrahl von einem zwischen der H1- und der H2-Ebene angeordneten Strahlteiler reflektiert wird.
8 ist eine weitere, der in 6 sehr ähnliche Darstellung und zeigt eine Aufzeichnungsgeometrie für diese Vorrichtung, die sich von 6 dadurch unterscheidet, dass der nahezu kolineare Referenzstrahl von direkt hinter oder sehr nah bei H1 eingeführt wird.
9 zeigt die kohärente "Littrow"-Geometrie für Anzeige und Rekonstruktion für das zusätzliche, forensische, verdeckte, zur Ebene senkrechte Merkmal.
Die Abbildungen werden nun im Detail erklärt.
1 stellt die Vorrichtung dar, potenziell integriert als Teil einer anderen diffraktiven Sicherheitsvorrichtung (1), wie beispielsweise einem Hologramm und veranschaulicht ihr Verhalten unter kohärenter Beleuchtung (3) von einem Laserzeiger oder einer ähnlichen Quelle (2), um ein zur Ebene senkrechtes Laserprojektionsbild (7) zu bilden, das sehr nah bei der Spiegelreflexion (4) liegt (5) und fokussierbar (7) ist. Die Abbildung veranschaulicht das Verhalten der Vorrichtung unter kohärenter Laserbeleuchtung (3) von einer Laserquelle wie einem Laserstiftzeiger (2) und zeigt, wie das kohärent betrachtbare Laserprojektionsbild von der Vorrichtung weit von ihrer physikalischen Bildebene entfernt rekonstruiert wird, wobei die Rekonstruktion (5) im Bild (7) fokussiert und mit der direkten Spiegelreflexion des Strahls (4) ortsgleich ist und beispielsweise auf einem einfachen Betrachtungsbildschirm (6) dargestellt wird.
2 stellt eine zweite Form der Vorrichtung dar, ebenfalls unter kohärenter Beleuchtung und zeigt in diesem Fall zwei Bereiche des Hauptbilds, die verschiedene projizierte Bilder (12) und (13) anzeigen. Dies zeigt, wie Bereiche der Vorrichtung (15) unter kohärenter Beleuchtung (3) verschiedene verdeckte graphische Laserprojektionsbilder (12) und (13) rekonstruieren und zeigt außerdem, wie die Ausrichtung des Betrachtungsbildschirms (14) nicht entscheidend ist, da das verdeckte Bild in der Nähe der Spiegelreflexion (8) und (9) liegt, weshalb Ausrichtung und Anzeige wesentlich einfacher sind, als bei früheren Systemen.
3 zeigt das Verhalten der Vorrichtung (18) in Kombination mit einem sichtbaren diffraktiven oder holografischen Bild (17) unter Weißlichtbeleuchtung (19) und zeigt, wie das sichtbare Bild Licht (20) in das Auge eines Beobachters (24) rekonstruiert, während das Laserprojektionsbild Weißlicht in eine nicht sichtbare Richtung (23) um die Spiegelreflexion (22) beugt. Diese Abbildung stellt die Vorrichtung (18) schematisch dar, potenziell integriert als Teil einer anderen diffraktiven Sicherheitsvorrichtung, wie beispielsweise einem Hologramm (16) und veranschaulicht ihr Verhalten unter Weißlichtbeleuchtung von einer Punktlampe oder anderen ähnlichen Quelle (19), wobei die sichtbare holografische Vorrichtung ein Bild (20) zur Beobachtung durch einen Beobachter (24) wiedergibt.
4 stellt wieder die Vorrichtung aus 3 dar, und zeigt die verschiedenen Winkelrekonstruktionen in Weißlicht zwischen der sichtbaren Wiedergabe (20) eines sichtbaren holografischen oder diffraktiven Bilds (17) und der Wiedergabe mit schmalen Diffraktionswinkel der Laserprojektionsvorrichtung (23), die um die Spiegelreflexion (22) angeordnet ist. Dies zeigt, wie das gebeugte Licht vom Laserprojektionsbereich mit einem sehr kleinen Diffraktionswinkel gegenüber einem sichtbaren Hologramm um die Spiegelreflexion (22) örtlich begrenzt bleibt und daher sehr schwer zu betrachten ist.
5 und 6 zeigen ein potenzielles Herstellungsverfahren und zeigen das H1-zu-H2-Aufzeichnungsverfahren zum Herstellen eines "Benton"- oder Regenbogenhologramms, wie auf dem Gebiet bekannt. 5 veranschaulicht schematisch die Aufzeichnung eines H1-Hologramms (25) von einem Objekt, wie auf dem Gebiet bekannt (26, 27) und 6 veranschaulicht das H2-Transferverfahren. 5 veranschaulicht schematisch das Aufzeichnungsverfahren zum Aufzeichnen eines Zwischenhologramms oder H1, wie auf dem Gebiet bekannt, indem ein lichtempfindliches Aufzeichnungsmedium (25), typischerweise Silberhalid oder Photopolymer durch einen Referenzstrahl (29) und einen Objektstrahl (28) belichtet wird (und anschließend entwickelt wird), der im Fall eines 2D-3D-Hologramms, wie auf dem Gebiet bekannt, aus einem hintergrundbeleuchteten Diffusionselement (27, 28) und einer das Grafikelement (26) definierenden Öffnungsmaske besteht. 6 veranschaulicht das Transferverfahren, wie auf dem Gebiet bekannt, in dem das H1 (25), das in 5 aufgezeichnet wurde, mit einem Referenzstrahl (30) wiederbeleuchtet und zum ursprünglichen Referenzstrahl konjugiert wird, um so ein reelles projiziertes Bild (34) des ursprünglichen Objekts (31) zu rekonstruieren. Das projizierte Bild (31) wird, je nach Typ der Bildebene und den benötigten Bewegungs- und Tiefenmerkmalen, in oder nahe der Ebene eines zweiten Aufzeichnungsmediums (32) fokussiert, wobei das zweite Aufzeichnungsmedium (32) für ein geprägtes Hologramm oder diffraktives Element typischerweise ein Material ist, das ein diffraktives Bild als Oberflächenreliefstruktur aufzeichnen kann und wäre typischerweise ein Photolack. Dann wird ein zweiter Referenzstrahl eingeführt (33), um ein zweites oder H2-Hologramm aufzuzeichnen. Man wird einsehen, dass mehrere solcher Vorrichtungen überlagert oder nebeneinander aufgezeichnet werden können und dass ein H1, das mehrere solcher Aufzeichnungen enthält oder mehrere H1 oder eine Mischung aus Projektion und anderen auf dem Gebiet bekannten Maskierungsverfahren (z. B. US 4918469 , US4717221 , US4629282 ) [sic]. Um ein geprägtes Hologramm zu bilden, wird das in Photolack gebildete H2-Hologramm versilbert, um eine leitfähige Schicht aufzubringen, wahrscheinlich mehrmals in einem Plattierungsverfahren kopiert, wie auf dem Gebiet bekannt, um Metallkopien der Struktur zu bilden und dann in ein Kunststoffmaterial oder einen Prägelack oder ein Heißfolienmaterial oder Ähnliches walzgeprägt und dann metallisiert, um ein geprägtes Hologramm, wie auf dem Gebiet bekannt, zu bilden.
7 zeigt, wie das H1-Zwischenhologramm aus 5 in einer optischen Transferanordnung, wie auf dem Gebiet bekannt, eingesetzt wird, um ein für die Beobachtung unter Weißlicht geeignetes Bildebenen-Transferhologramm oder H2 zu bilden. Diese Abbildung veranschaulicht, wie das in 5 und 6 veranschaulichte Verfahren zum Aufzeichnen der in dieser Erfindung gelehrten Vorrichtung angepasst werden kann. In dieser Abbildung wird ein Standard-H1 wie in 5 aufgezeichnet. Beim Transfer wird jedoch bei der H2-Stufe bei der Rekonstruktion mit dem Referenzstrahl (30), statt das H1 zu maskieren (33), um einen Regenbogen- oder "Benton"-Spalt zu bilden, eine Maske (36) in oder nahe bei der Ebene des H1 verwendet, um die Form des verdeckten Bilds (38) zu definieren, das dem sichtbaren Bild entspricht, das von diesem Bereich des H1 (37) auf die H2-Aufzeichnungsebene (32) projiziert wird. So entspricht in 7 die Maske "X" (36) dem Bereich des H1, in den die sichtbare Bildebenengraphik einer verdeckten Struktur aufgezeichnet wurde (38). Diese Abbildung veranschaulicht weiter, wie die Laserprojektions-Diffraktionsvorrichtung bespielt wird, indem der herkömmliche, gegenüber der Achse versetzte H2-Referenzstrahl durch einen auf der Achse liegenden Referenzstrahl (39) ersetzt wird, der mit der Richtung des einfallenden Objektstrahls (37) praktisch kolinear ist (oder sich in nächster Winkelnähe, typischerweise ungefähr 5 Grad zu ihr befindet). In diesem Beispiel wird der kleine Winkel zwischen Referenz- und Objektstrahl erhalten, indem der Referenzstrahl von einem zwischen der H1- und der H2-Ebene angeordneten Strahlteiler (40) reflektiert wird. Nach dem Einrichten erfolgen die H2-Belichtungen und die Entwicklung im Wesentlichen wie in 5 und 6. Man wird einsehen, dass mehrere solcher Strukturen miteinander kombiniert werden können und dass die Schritte in 7 und 8 zu einem einzigen Schritt oder sequentiell miteinander kombiniert werden können, um komplexe zusammengesetzte Strukturen zu bilden, die diese Erfindung und alle Formen von Sicherheitshologrammen und anderen diffraktiven Strukturen enthalten. Man wird außerdem einsehen, dass diese Strukturen durch andere Mittel, wie beispielsweise mechanisches Zusammenfügen, zu komplexeren Strukturen miteinander kombiniert werden können. Man wird außerdem einsehen, dass das Aufzeichnungsverfahren von 7 nicht erschöpfend ist und ein alternatives Verfahren, wie es auf dem Gebiet bekannt ist, bestünde darin, unter Verwendung eines ähnlichen Prozesses wie beispielsweise US 4918469 , US4717221 , US4629282 eine Bildebenenmaske über der Photolack-H2-Ebene zu verwenden, um den zu belichtenden Bereich der Grafik zu definieren und das maskierte H1 in 7 durch einen maskierten Diffusor zu ersetzen.
8 ist eine weitere, der 7 sehr ähnliche Darstellung und zeigt eine Aufzeichnungsgeometrie für diese Vorrichtung, die sich von 7 dadurch unterscheidet, dass der nahezu kolineare Referenzstrahl (39) von direkt hinter oder sehr nah bei H1 (35) eingeführt wird.
9 zeigt die kohärente "Littrow"-Geometrie für Anzeige und Rekonstruktion für das zusätzliche, forensische, verdeckte, zur Ebene senkrechte Merkmal. Der Merkmalsbereich (47) wird mit einem kohärenten Strahl von einer Laserquelle (43) in einem sehr steilen Winkel zu einer Normalen (46), die in einem Referenzrahmen enthalten ist, der die Ebene der Vorrichtung definiert und einer Normalen zu dieser Fläche beleuchtet. Das kohärent betrachtbare Bild (45) von diesem zusätzlichen feinen diffraktiven forensischen Merkmal wird ebenfalls in einem sehr steilen Winkel (44) zur Normalen rekonstruiert, um ein rekonstruiertes, zur Ebene senkrechtes Bild sehr nah an der Laserbeleuchtungsrichtung (43) zu bilden, wodurch diese Vorrichtung bezüglich der sichtbaren Bildwiedergabe unter Weißlicht unter praktisch allen normalen Beobachtungsbedingungen unsichtbar wird.

Claims

Optische Vorrichtung (1), die mindestens einen getrennten Bereich umfasst, der eine diffraktive Struktur umfasst, wobei die diffraktive Struktur so angeordnet ist, dass sie als Reaktion auf Weißlichtbeleuchtung (19) durch das Verfahren der Diffraktion ein Bild erzeugt, wobei sich das erzeugte diffraktive Bild in nächster Winkelnähe zu der Spiegelreflexion (22) der Weißlichtbeleuchtung (19) befindet, so dass das bei Weißlichtbeleuchtung (19) erzeugte diffraktive Bild für einen Beobachter im Wesentlichen nicht sichtbar ist, und dadurch gekennzeichnet, dass die diffraktive Struktur auf Beleuchtung mit kohärentem Licht (3) reagiert und so angeordnet ist, dass sie ein verdecktes Bild (12, 13) erzeugt, das um eine Strecke von der physikalischen Ebene der optischen Vorrichtung entfernt auf eine getrennte Bildebene fokussiert wird, wobei das verdeckte Bild (12, 13) in nächster Winkelnähe zu der Richtung der Spiegelreflexion (8, 9) des kohärenten Lichts (3) angeordnet ist, wobei die nächste Winkelnähe so beschaffen ist, dass das verdeckte Bild, das bei kohärenter Beleuchtung gebildet wird, für einen Beobachter sichtbar ist, während das verdeckte Bild (12, 13), das bei Weißlichtbeleuchtung (19) gebildet wird, für einen Beobachter nicht sichtbar ist.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das diffraktive Bild zusammen mit der Spiegelreflexion (8, 9) des Weißlichts (19) von der Oberfläche der optischen Vorrichtung (1) in einem Winkel angeordnet ist.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das verdeckte Bild (12, 13) zusammen mit der Spiegelreflexion (22) des kohärenten Lichts (3) von der Oberfläche der optischen Vorrichtung (1) in einem Winkel angeordnet ist.
Optische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das verdeckte Bild (12, 13) entweder alphanumerische Zeichen, grafische Anzeigemittel oder Bilder mit einem kontinuierlichen Farbton oder eine Kombination daraus umfasst.
Optische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Vielzahl getrennter Bereiche mit diffraktiver Struktur umfasst.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Vielzahl getrennter Bereiche mit diffraktiver Struktur dazu dient, bei Beleuchtung mit kohärentem Licht (3) mindestens zwei unterschiedliche verdeckte Bilder (12, 13) zu erzeugen.
Optische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die diffraktive Struktur die Form einer reflektierenden Oberflächenreliefstruktur aufweist.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die reflektierende Oberfläche eine Metallfläche ist.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Metallfläche unterbrochen ist.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die reflektierende Oberfläche ein dielektrisches Material ist und die Vorrichtung halbtransparent ist.
Optische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Diffraktionslicht, das das verdeckte Bild (12, 13) bildet, der getrennten Spiegelreflexion (22) in einem Winkel von 7 Grad oder weniger gegenüberliegt.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei mindestens eine Komponente des verdeckten Bildes (12, 13) kollinear zu der Spiegelreflexion (22) des kohärenten Lichts von der Oberfläche ist.
Optische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die diffraktive Struktur mit einer visuellen holografischen oder diffraktiven Vorrichtung kombiniert ist, wobei die zusätzliche diffraktive Struktur als Reaktion auf Weißlichtbeleuchtung ein holografisches oder diffraktives Bild erzeugt, das zur Authentisierung für einen Beobachter sichtbar ist.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die diffraktive Struktur einstückig mit einer visuellen holografischen oder diffraktiven Vorrichtung gebildet ist.
Optische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optische Vorrichtung als eine einzige kontinuierliche Struktur gebildet ist.
Optische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das sichtbare zweite Bild eine asymmetrische Form aufweist.
Optische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die mindestens eine zusätzliche diffraktive Struktur umfasst, die einen Diffraktionsgitterträgerabstand umfasst, der so angeordnet ist, dass er bei Weißlichtbeleuchtung ein entsprechendes zusätzliches erstes Bild erzeugt, das für einen Beobachter nicht sichtbar ist und so angeordnet ist, dass es bei Beleuchtung mit kohärentem Licht in einer Littrow-Geometrie ein entsprechendes zusätzliches zweites verdecktes Bild (45) erzeugt, das für einen Beobachter sichtbar ist, wenn es auf einer Ebene in einer Richtung (43) abgebildet wird, die sich in der Nähe der Beleuchtungsrichtung befindet und auf einer getrennten Bildebene abgebildet wird, die entfernt von der physikalischen Ebene der optischen Vorrichtung angeordnet ist.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei der kleinere Diffraktionsgitterträgerabstand 0,6 Mikrometer oder weniger beträgt.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, wobei das jeweilige zusätzliche zweite Bild entweder alphanumerische Zeichen, grafische Anzeigemittel oder Bilder mit kontinuierlichem Farbton oder eine Kombination daraus umfasst.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 17 bis 19, wobei die mindestens eine zusätzliche diffraktive Struktur über den anderen diffraktiven Strukturen angeordnet ist.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 17, 18 oder 19, wobei die mindestens eine zusätzliche diffraktive Struktur in einem getrennten Bereich der optischen Vorrichtung angeordnet ist, der dafür ausgelegt ist, bei Beleuchtung mit Weißlicht ein visuell erkennbares Bild zu erzeugen, das sich auf oder in der Nähe der physikalischen Ebene der optischen Vorrichtung befindet, wenn es aus einer Richtung betrachtet wird, die sich in der Nähe der Beleuchtungsrichtung befindet.
Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei die Vorrichtung unter Verwendung einer holografischen Benton- oder Regenbogenspaltübertragungsanordnung des Typs H1 bis H2 holografisch erzeugt wurde, um ein unter Weißlicht sichtbares Regenbogenhologramm mit beschränkter vertikaler Parallaxe zu erzeugen.